uso de microorganismos na produção de Álcool
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Uso de Microorganismos naProdução de Álcool.
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� Microorganismos são fontes ricas de produtosnaturais, podem ser usadas comocombustíveis, produtos químicos: polímeros edrogas.
� A habilidade de manipular o metabolismomicrobiano depende do seu entendimento emonitoramento de muitas variáveis destes.
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Bactérias� Primitivos� Organismos unicelulares� Procariontes – não possuem núcleo ou organelas especializadas� Anaeróbicos – sem presença de oxigênio� Anaeróbicos facultativos� Aeróbicos
Formas:
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Glicólise� Conhecida como fermentação.� Degradação anaeróbica da glicose para
produzir ácido láctico (fermentaçãohomoláctica).
� Fermentação anaeróbica é o tipo maisprimitivo de mecanismo biológico paraobtenção de energia
� Organismos superiores retiveram estacapacidade para a degradação da glicose atéa lactato, que se tornou uma via preparatóriano catabolismo aeróbico da glicose.
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Fermentação Alcoólica� Inicia com glicólise� Duas moléculas de ácido pirúvico e duas
moléculas de ATP� Próxima reação: acido pirúvico convertido em
duas moléculas de acetaldeído, que são reduzidaspor duas moléculas de NADH para formar duasmoléculas de etanol.
� Processo de baixo rendimento energético porquea maioria da energia contida na molécula deglicose original permanece no etanol, o produtofinal.
� O produto final (etanol e CO2) são resíduos paraas células leveduriformes.
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FUNGOS� Organismos unicelulares (leveduras),
filamentosos (bolores) ou multicelulares (cogumelos)
� Eucariontes – possuem núcleo e organelas� Bolores: os mais comuns, aspecto de algodão
sobre pães ou frutas – micélio (hifas) que se ramificam ou expandem
� Alimentação: absorção de soluções de matéria orgânica de seu ambiente (solo, água do mar, água doce, um animal ou planta hospedeira).
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Penicillium Rhizopus
Amanita – cogumelo tóxicoCogumelo Chanterel - é um dos mais famosos na categoria dos comestíveis. O sabor é requintado, lembrando frutas, remonta desde o tempo dos Romanos.
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Leveduras� Saccharomyces cerevisae – fungo responsável
pelo crescimento do pão� Após a mistura com a água, o amido da
farinha é quebrado por uma enzima em dois açúcares, maltose e glicose.
� Fermentação – processo secundário oriundo do metabolismo dos açúcares com a levedura – produção de álcool (etanol) e dióxido de carbono
� O CO2 é retido em bolhas na massa e há o crescimento
� O etanol evapora durante o cozimento
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Saccharomyces cerevisae brotamento
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6000-2000 AC Produção de cerveja (Suméria e Babilônia); levedação do pão (Egito)
1680 Observação microscópica de leveduras (por van Leeuwenhoek)
1835 Associação da fermentação alcoólica a leveduras
1837 Utilização do nome Saccharomyces cerevisiae para designar leveduras observadas no malte
1839 Identificação do açúcar como nutriente para o crescimento da levedura
1857 Estabelecimento da relação entre a fermentação e o metabolismo de leveduras (por Pasteur)
1876 “Estudos sobre a levedura da cerveja” (por Pasteur)
1877 Introdução do termo “enzima” (do Grego) em leveduras (Kühne)
1880 Isolamento de células de levedura e utilização de estirpes puras para produção de cerveja
1883 Recuperação de álcool e dióxido de carbono de extratos livres de células (Hansen)
1915 Produção de glicerol
1920 Revisão da fisiologia da levedura (por Guilliermond)
1928 Descoberta da Penicilina (por Fleming) – fungo filamentoso
1949 Primeiro mapa genético da levedura da cerveja (por Lindegren); Demonstração da reprodução sexuada e sistema de reprodução na levedura
1930-1960 Taxonomia da levedura (por Kluyver)
1978 Primeira transformação de leveduras (por Hinnen, Hicks e Fink)
1990-1994 Produção do primeiro produto farmacêutico comercial (vacina da Hepatite C) partindo de células de levedura com o DNA recombinado
1996 Disponibilização da sequência completa do genoma da levedura
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Grande Problema – o que fazer com os refugos?� Dada a crescente procura de bicombustíveis, há uma
necessidade urgente de investigar alternativas novas e mais eficientes para sua produção. Pesquisas sobre cepas industriais de S. cerevisiae CAT-1, PE-2, BG-1, SA-1 e Y904) somente para a produção de etanol.
◦ Brasil - 34% da produção mundial.◦ 304 Usinas e Destilarias.◦ Safra 2006/2007 – 426 milhões de toneladas de açúcar.
Gerando aproximadamente 102 milhões de toneladas de bagaço.◦ São Paulo maior produtor: 264 milhões/t de cana e 63
milhões/t de bagaço.
Fonte: Macedo (2007), UNICA (2007)
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� Toda a indústria brasileira de etanol é baseada hoje no caldo de cana, que contém somente 1/3 da energia da planta.
� Os outros 2/3 estão no bagaço (metade do qual é queimado para produzir energia) e na palha da cana (geralmente queimada ou deixada no campo), que poderiam servir como fonte de celulose.
� O uso desse material para produção de etanol seria uma alternativa para aumento da produção de álcool sem aumentar a área plantada de cana.
� O aproveitamento dessa biomassa contribuirá para eliminar o problema das queimadas uma vez que hoje apenas algumas usinas aproveitam parte do bagaço para geração de energia em geradores específicos.
O Estado de São Paulo (23/06/2008)
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� O álcool pode ser obtido de diversas formas debiomassa, sendo a cana-de-açúcar a realidadeeconômica atual.
� Investimentos portentosos estão sendoefetuados para viabilizar a produção de álcool apartir de celulose, sendo estimado que, em 2020,cerca de 30 bilhões de litros de álcool poderiamser obtidos desta fonte, apenas nos EUA.
� O benefício ambiental associado ao uso de álcoolé enorme, pois cerca de 2,3 t de CO2 deixam deser emitidas para cada tonelada de álcoolcombustível utilizado, sem considerar outrasemissões, como o SO2.
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� Os Estados Unidos estão apostando pesadamente na rota de transformação da celulose em etanol.
� Lá se extrai o álcool do sabugo e da palha de milho, resíduos descartados do aproveitamento do grão usado para obtenção de etanol além de outros resíduos agro-florestais.
� Uma das diferenças entre a produção norte-americana e a brasileira é que aqui o etanol de celulose vai agregar milhões ou bilhões de litros ao álcool produzido da sacarose que já é distribuído nos postos de combustível.
� Outra diferença a favor do Brasil está no custo de produção do etanol entre os dois países. Enquanto o do milho dos Estados Unidos fica em US$ 0,39 o litro, o do caldo de cana custa US$ 0,21.
Biotecnologia Agrícola (03/04/2007)
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Outros meios de obtenção de biodiesel
• A conversão lignocelulósicos , bem como o uso do óleo dereserva de algas na produção de biodiesel estão sendoinvestigados. Estas abordagens são muito promissoras e darãoabundantes matérias-primas não alimentares para a produçãode bicombustíveis e benefícios ao meio ambiente ganhos deenergia líquida.
� Apesar de muitos microrganismos serem capazes demetabolizar o glicerol na presença de aceptores de elétronsexternos (metabolismo respiratório), poucos são capazes defazê-lo fermentativamente (isto é, na ausência de receptores deelétrons).
� A fermentação metabólica do glicerol tem sido relatada emespécies dos gêneros Klebsiella, Citrobacter, Enterobacter,Clostridium, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, eAnaerobiospirillum. No entanto, o potencial de utilização destesorganismos a nível industrial pode ser limitada devido aquestões que incluem a patogenicidade.